智能真菌毒素消減機(jī)對(duì)玉米中真菌毒素的脫除效果研究

劉曉萌，王壽南，沈玉現(xiàn)，張曉琳，申海云

（1.中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司，北京市畜產(chǎn)品質(zhì)量安全源頭控制工程技術(shù)研究中心，營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102209；2.南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院/江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210023；3.魯山縣華豫萬通工程技術(shù)有限公司，河南平頂山 467000）

玉米是世界上重要的糧食作物，也是主要的飼料原料和工業(yè)原材料，玉米的安全生產(chǎn)是保障國家糧食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐[1-2]。玉米是我國種植面積最大、產(chǎn)量最高的作物，在我國種植業(yè)中占據(jù)著極為重要的位置[3]。玉米穗腐病又稱赤霉病，是影響玉米品質(zhì)和產(chǎn)量的限制因素之一。引起玉米穗腐病發(fā)生的致病菌種類達(dá)40 余種，主要有禾谷鐮孢菌（Fusarium graminearum）、串珠鐮孢菌（Fusarium moniliforme）、 木 霉 菌（Trichoderma）和 青 霉 菌（Penicillium）等[4-5]。玉米穗腐病在我國玉米主產(chǎn)區(qū)均廣泛發(fā)生，是玉米生長后期和儲(chǔ)藏期間的重要病害。近年來，隨著全球氣候變暖，秸稈還田、少耕免耕等耕作方式的轉(zhuǎn)變，我國玉米穗腐病的發(fā)生頻次和危害程度逐年加劇，穗腐病的發(fā)生不僅造成玉米減產(chǎn)、籽粒品質(zhì)降低，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，且感染病原菌的籽粒還會(huì)產(chǎn)生一些次生代謝產(chǎn)物——真菌毒素，引起飼料和食品安全問題，嚴(yán)重威脅人類和動(dòng)物健康[6]。

調(diào)查顯示，我國玉米及其制品中真菌毒素污染十分嚴(yán)重。武亭亭等[7]對(duì)北京市50 批次玉米碾磨加工品進(jìn)行檢測分析，發(fā)現(xiàn)17 批次檢出玉米赤霉烯酮（Zearalenone，ZEN），1 批次超過國家限值。吉達(dá)等[8]對(duì)云南省飼用玉米真菌毒素污染情況進(jìn)行調(diào)查分析，其中ZEN、嘔吐毒素（Deoxynivalenol，DON）污染率較高，檢出率分別達(dá)到10.38%和36.68%。譚洪波等[9]分析了吉林白城市200 份新收獲玉米，發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒 素B1（Aflatoxin B1，AFB1）、DON 和ZEN 檢 出率分別為8.0%、81.0%和73.5%，其中66.5%的玉米樣品受到兩種及以上真菌毒素污染。《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中真菌毒素限量》（GB 2761—2017）規(guī)定，玉米及其產(chǎn)品中DON 含量≤1 000 μg·kg-1，ZEN 含量≤60 μg·kg-1。玉米在生長、收獲、儲(chǔ)藏和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)均易污染真菌毒素，如何在生產(chǎn)環(huán)節(jié)有效控制玉米及其制品中真菌毒素污染，降低真菌毒素的含量，提高產(chǎn)品品質(zhì)，已成為當(dāng)今糧食加工領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

玉米受真菌感染的程度也與玉米的成熟度、玉米粒的完整度等有較大關(guān)系，成熟度差及破損嚴(yán)重的玉米易受到真菌侵染。研究發(fā)現(xiàn)，完整籽粒中真菌毒素主要分布在玉米種皮，其次是玉米胚乳和玉米胚中[10]。利用柔性脫皮的原理，高效、智能清理其表面，對(duì)玉米的后續(xù)加工具有重要的意義。本研究通過中試試驗(yàn)，探究玉米經(jīng)智能真菌毒素消減機(jī)處理后真菌毒素的變化規(guī)律，研究消減機(jī)對(duì)玉米中真菌毒素的脫除效果，以期為真菌毒素污染玉米加工提供參考，為保障玉米制品安全提供一定的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選用兩批次穗腐病感染程度不同的玉米（低污染水平玉米：DON ≤1 000 μg·kg-1、ZEN ≤200 μg·kg-1；高 污 染 水 平 玉 米：DON ＞2 000 μg·kg-1、ZEN ＞500 μg·kg-1），經(jīng)篩選器進(jìn)行初步清潔，低污染水平玉米編號(hào)為樣品Ⅰ、高污染水平玉米編號(hào)為樣品Ⅱ；嘔吐毒素固體標(biāo)準(zhǔn)品（10 mg）、玉米赤霉烯酮固體標(biāo)準(zhǔn)品（10 mg），青島普瑞邦生物工程有限公司；嘔吐毒素和玉米赤霉烯酮免疫親和柱，美國RomerLabs公司；乙腈（色譜純）、甲醇（色譜純），上海安譜公司；C18色譜柱，安捷倫科技有限公司；微孔過濾膜（13 mm，0.22 μm，PTFE），北京迪科馬科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

智能真菌毒素消減機(jī)，魯山縣華豫萬通工程技術(shù)有限公司；高效液相色譜儀（配二極管陣列檢測器SPD-M20A 和熒光檢測器RF-20A），日本島津；低溫高速離心機(jī)，德國Eppendorf 公司；渦旋混合器，北京大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器（北京）股份公司；高頻數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；氮?dú)獯祾邇x，北京眾信佳儀科技有限公司。

1.3 真菌毒素的測定

DON 按 照GB 5009.111—2016 第 二 法 免 疫親和層析凈化高效液相色譜法測定；ZEN 按照GB 5009.111—2016 第一法液相色譜法測定。

1.4 儀器條件

（1）DON 測定的儀器條件。流動(dòng)相：甲醇+水=20+80；流速：1.0 mL·min-1；色譜柱：C18（150 mm×4.6 mm，5 μm）；柱溫：40 ℃；進(jìn)樣量：50 μL；檢測器：紫外檢測器，218 nm。

（2）ZEN 測定的儀器條件。流動(dòng)相：乙腈+水+甲醇=46+46+8；流速：1.0 mL·min-1；色譜柱：C18（150 mm×4.6 mm，5 μm）；柱溫：40 ℃；進(jìn)樣量：50 μL；檢測器：熒光檢測器，發(fā)射波長440 nm，激發(fā)波長274 nm。

1.5 真菌毒素脫除率的計(jì)算

智能真菌毒素消減機(jī)去除真菌毒素的效果通過對(duì)玉米樣品中DON 和ZEN 的脫除率來表示，脫除率計(jì)算公式為

式中：r為玉米樣品中DON 或ZEN 的脫除率，%；C0為玉米樣品中DON 或ZEN 的起始污染水平，μg·kg-1；C1為經(jīng)過智能真菌毒素消減機(jī)處理后玉米樣品中DON 或ZEN 的污染水平，μg·kg-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 智能真菌毒素消減機(jī)對(duì)低毒素污染水平玉米的脫毒效果

稱取約950 kg 玉米樣品Ⅰ，經(jīng)智能真菌毒素消減機(jī)處理2 次。每處理1 次進(jìn)行多點(diǎn)隨機(jī)取樣，共測定3 個(gè)平行樣品處理前后DON 和ZEN 的含量變化。如表1 和表2 所示，玉米經(jīng)過消減機(jī)的柔性刮擦、磨削，其DON 和ZEN 含量明顯降低，每處理1 次真菌毒素脫除率達(dá)到15%～30%。真菌毒素在玉米籽粒中含量由外到內(nèi)逐步降低，可見通過柔性刮擦處理能夠部分減少玉米籽粒中真菌毒素的濃度。

表1 處理前后玉米樣品Ⅰ中DON 含量變化

表2 處理前后玉米樣品Ⅰ中ZEN 含量變化

2.2 智能真菌毒素消減機(jī)對(duì)高毒素污染水平玉米的脫毒效果

稱取約1 000 kg 玉米樣品Ⅱ，經(jīng)過智能真菌毒素消減機(jī)處理2 次，發(fā)現(xiàn)玉米表面光澤度顯著提高（圖1）。每處理1 次進(jìn)行多點(diǎn)隨機(jī)取樣，共測定3 個(gè)平行樣品處理前后DON 和ZEN 的含量變化。如表3 和表4 所示，玉米經(jīng)過消減機(jī)的柔性刮擦、磨削，其DON 和ZEN 含量降低，每處理1 次真菌毒素含量降低10%～20%。說明對(duì)于污染較嚴(yán)重的玉米，柔性刮擦處理雖然能夠降低玉米表皮中真菌毒素的濃度，但大部分真菌毒素可能分布于玉米胚乳和胚中，僅對(duì)其籽粒表皮進(jìn)行刮擦處理，不能有效去除其籽粒內(nèi)部污染的真菌毒素。

圖1 處理前后玉米樣品外觀變化

表3 處理前后玉米樣品Ⅱ中DON 含量變化

表4 處理前后玉米樣品Ⅱ中ZEN 含量變化

3 結(jié)論與討論

真菌毒素是威脅我國糧食安全和食品質(zhì)量安全的主要危害因子，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年有3%～7%的糧食因受污染而減產(chǎn)[11]。研究表明，同一種產(chǎn)毒真菌可能會(huì)產(chǎn)生多種真菌毒素，玉米中真菌毒素聯(lián)合污染現(xiàn)象非常普遍，不同真菌毒素間協(xié)同、累積作用將會(huì)增強(qiáng)毒性效應(yīng)[12]。玉米種植過程中產(chǎn)毒真菌主要生長在谷物的表皮，隨著感染程度變化，菌絲會(huì)逐漸侵入籽粒內(nèi)部，產(chǎn)生的真菌毒素?cái)U(kuò)散至胚乳及胚中。真菌侵染程度不同，產(chǎn)生的真菌毒素轉(zhuǎn)移至籽粒各個(gè)部位的比例也具有差異。本研究發(fā)現(xiàn)，加工過程中采用智能真菌毒素消減機(jī)對(duì)玉米籽粒進(jìn)行清理，能夠有效去除其表皮的真菌毒素，目前該設(shè)備已在國內(nèi)多家玉米加工企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。由于真菌毒素在谷物中呈點(diǎn)狀分布，針對(duì)真菌毒素污染嚴(yán)重的玉米，可結(jié)合光譜智能分級(jí)分選設(shè)備，將污染籽粒進(jìn)行有效分離，以保證玉米產(chǎn)品的品質(zhì)。